JP2578842B2 - Azimuth measuring method by optical azimuth measuring device and apparatus used for the azimuth measuring method - Google Patents

Azimuth measuring method by optical azimuth measuring device and apparatus used for the azimuth measuring method

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 (産業上の利用分野) 本発明は、Sagnac効果を利用したリングレーザージャ
イロ、光ファイバジャイロ等の光学的ジャイロスコープ
を使用した光学式方位測定装置により、緯度、方角等の
方位を測定する方位測定方法及びこの方位測定方法に用
いる装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial Application Field) The present invention provides an optical azimuth measuring device using an optical gyroscope such as a ring laser gyroscope or an optical fiber gyroscope utilizing the Sagnac effect. The present invention relates to an azimuth measuring method for measuring an azimuth such as a direction, a direction, and an apparatus used in the azimuth measuring method.

(従来の技術) 近時、Sagnac効果を利用したリングレーザージャイ
ロ、光ファイバジャイロ等の光学式ジャイロスコープを
使用した光学式方位測定装置が開発されつつある。ここ
で、Sagnac効果とは、閉じた光ループが回転を受けた場
合に生じる光の位相変化量が下記の式に従って求められ
るという効果である。
(Prior Art) Recently, an optical azimuth measuring device using an optical gyroscope such as a ring laser gyroscope or an optical fiber gyroscope utilizing the Sagnac effect has been developed. Here, the Sagnac effect is an effect that a phase change amount of light generated when a closed optical loop is rotated is obtained according to the following equation.

Δθ=(8πNS/cλ)・Ω ここで、Nは光が閉じた光ループを回った回数、Sは
その閉じた光ループを囲む面積、cは光速度、λは光の
波長、Ωは回転角速度、Δθは閉じたループ光路を右回
りに回る光と左回りに回る光との位相差である。
Δθ = (8πNS / cλ) · Ω Here, N is the number of times the light goes around the closed optical loop, S is the area surrounding the closed optical loop, c is the light speed, λ is the wavelength of the light, and Ω is the rotation. The angular velocity, Δθ, is the phase difference between the clockwise and counterclockwise light in the closed loop optical path.

この光学式ジャイロスコープは、センシング軸回りの
回転を検出するもので、センシング軸とは光学式ジャイ
ロスコープの光ループが形成する平面(ジャイロ面とい
う)に直交する軸をいう。
This optical gyroscope detects rotation about a sensing axis, and the sensing axis is an axis orthogonal to a plane (referred to as a gyroscope surface) formed by an optical loop of the optical gyroscope.

第1図(a)に示すように、地球Eの自転軸Jとセン
シング軸Kとが直角になるようにして光学式方位測定装
置のジャイロ部1をセットすると、ジャイロ部1は地球
Eの自転の影響を全く受けないが、自転軸Jとセンシン
グ軸Kとが直角にならないように光学式方位測定装置の
ジャイロ部1がセットされているとき、例えば、第1図
(b)に示すように、センシング軸Kと自転軸Jとの為
す角度がαの状態で光学式方位測定装置のジャイロ部1
がセットされているとき、地球Eの自転の角速度をΩE
とすると、光学式方位測定装置のジャイロ部1が感じる
地球Eの自転の角速度成分Ωは、 Ω=ΩE・cos α である。
As shown in FIG. 1 (a), when the gyro unit 1 of the optical azimuth measuring device is set such that the rotation axis J of the earth E and the sensing axis K are at right angles, the gyro unit 1 rotates the earth E. Is not affected at all, but when the gyro unit 1 of the optical azimuth measuring device is set so that the rotation axis J and the sensing axis K are not at a right angle, for example, as shown in FIG. Gyro unit 1 of the optical azimuth measuring device in the state where the angle between sensing axis K and rotation axis J is α.
Is set, the angular velocity of the rotation of the earth E is Ω E
Then, the angular velocity component Ω of the rotation of the earth E sensed by the gyro unit 1 of the optical azimuth measuring device is Ω = Ω E · cos α.

そこで、光学式方位測定装置のジャイロ部1を第1図
(a)、第1図(b)に示すように等角速度で回転させ
ると、光学式方位測定装置のジャイロ部1は、角速度Ω
Eでのジャイロ出力をV(ΩE)とすると、ジャイロ部1
が1回転する度に1周期の正弦波形V=V(ΩE)・cos
α・sin tを出力する(第1図(c)を参照)。ここ
で、符号tは時間あるいはジャイロ部1の回転角であ
り、t=0において、Ω=0とする。従って、光学式方
位測定装置のジャイロ部1の姿勢により方位を決定でき
る。なお、ジャイロ部1の回転数を高くすると、これに
伴ってジャイロ部1から出力されるジャイロ出力をして
正弦波形の周波数が高くなる。
Therefore, when the gyro unit 1 of the optical azimuth measuring device is rotated at a constant angular velocity as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the gyro unit 1 of the optical azimuth measuring device has an angular velocity Ω.
When the gyro output at E is V (Ω E ), the gyro unit 1
Each time the motor makes one rotation, a sinusoidal waveform of one cycle V = V (Ω E ) · cos
α · sint is output (see FIG. 1 (c)). Here, the symbol t is the time or the rotation angle of the gyro unit 1. At t = 0, Ω = 0. Therefore, the azimuth can be determined by the attitude of the gyro unit 1 of the optical azimuth measuring device. When the rotation speed of the gyro unit 1 is increased, the gyro output from the gyro unit 1 is output and the frequency of the sine waveform is increased.

そこで、従来の光学式方位測定装置では、そのジャイ
ロ部1を等速で連続回転させて得られる正弦波に基づい
て方位を決定するようにしている。
Therefore, in the conventional optical azimuth measuring device, the azimuth is determined based on a sine wave obtained by continuously rotating the gyro unit 1 at a constant speed.

(発明が解決しようとする問題点) しかし、回転物体には、一般に軸ぶれがあり、ジャイ
ロ部1を回転させたときに生じる軸ぶれは、正弦波出力
に不要の誤差を与えることになる。このとき、ジャイロ
部1は、地球自転とは別のジャイロ部1そのものに与え
られた回転角速度のセンシング軸Kへのベクトル射影分
としての回転成分を感じる。
(Problems to be Solved by the Invention) However, a rotating object generally has a shaft shake, and the shaft shake generated when the gyro unit 1 is rotated gives an unnecessary error to the sine wave output. At this time, the gyro 1 senses a rotation component as a vector projection onto the sensing axis K of the rotation angular velocity given to the gyro 1 itself different from the earth rotation.

ここで、ジャイロ部1の回転スピードが1秒間に1回
転であるとして、ジャイロ部1が1回転するうちに回転
軸が1″傾くものとすると、ジャイロ部1が1回転する
際に、ジャイロ部1がセンシング軸Kの回りに感じる回
転角速度ΔΩは、 ΔΩ=2π×sin 1″=3.046×10-5(rad/sec) 一方、地球Eの自転の角速度ΩEは、 ΩE=7.272×10-5(rad/sec) である。
Here, assuming that the rotation speed of the gyro unit 1 is one rotation per second, and the rotation axis is inclined by 1 ″ during one rotation of the gyro unit 1, when the gyro unit 1 rotates one rotation, The rotational angular velocity ΔΩ that 1 senses about the sensing axis K is ΔΩ = 2π × sin 1 ″ = 3.046 × 10 −5 (rad / sec) On the other hand, the rotational angular velocity Ω E of the earth E is Ω E = 7.272 × 10 -5 (rad / sec).

よって、ジャイロ部1の回転スピードが1秒間に1回
転であるとして、ジャイロ部1が1回転するうちに回転
軸が1″傾くような軸ぶれが生じているものとすると、
地球Eの自転の約半分の回転角速度を軸ぶれによって受
けることになる。この軸ぶれは不規則に生じるので、ジ
ャイロ部1を回転させることによって得られるジャイロ
出力は、正弦波形から大きくはずれたものとなる。この
軸ぶれの影響を無視できる程度の軸精度を得るには、相
当に高度の製作技術が必要である。
Therefore, assuming that the rotation speed of the gyro unit 1 is one rotation per second, and the gyro unit 1 makes one rotation, the rotation shaft tilts by 1 ″.
The rotation angular velocity of about half of the rotation of the earth E is received by the shaft deviation. Since this shaft shake occurs irregularly, the gyro output obtained by rotating the gyro unit 1 largely deviates from the sine waveform. In order to obtain an axial accuracy that can ignore the influence of the axial deviation, a considerably high level of manufacturing technology is required.

また、ジャイロ部1の回転スピードの変動も正弦波形
が劣化する原因であり、ジャイロ部1を回転させること
によって得られるジャイロ出力は、回転スピードの変動
に基づく誤差成分、軸ぶれの変動に基づく誤差成分が複
雑に絡み合って正弦波形から離れたものとなる。
Further, the fluctuation of the rotation speed of the gyro unit 1 is also a cause of the deterioration of the sine waveform, and the gyro output obtained by rotating the gyro unit 1 has an error component based on the fluctuation of the rotation speed and an error based on the fluctuation of the shaft shake. The components are intricately entangled and deviate from the sine waveform.

加えて、ジャイロ部1を回転させることによって得ら
れるジャイロ出力の誤差原因としては零点ドリフトとい
うものがある。この零点ドリフトは、比較的低周波で生
じるもので、従来は、この零点ドリフトを避けるため、
ジャイロ部1の回転速度に対応する周波数を中心とする
バンドパス特性を備えたバンドパスフィルタを設け、ジ
ャイロ出力をこのバンドパスフィルタに通すようにして
いるが、この零点ドリフトを避けるためには、このバン
ドパスフィルタの帯域幅が狭くかつ中心周波数ができる
限り高い方が望ましい。よって、ジャイロ部1の回転ス
ピードはできる限り大きく設定することが好ましいので
あるが、ところが、ジャイロ部1の回転スピードを上げ
ると、軸ぶれに基づく影響が顕著になる。
In addition, a cause of an error in the gyro output obtained by rotating the gyro unit 1 is zero point drift. This zero point drift occurs at a relatively low frequency, and conventionally, to avoid this zero point drift,
A band-pass filter having a band-pass characteristic centered on the frequency corresponding to the rotation speed of the gyro unit 1 is provided, and the gyro output is passed through the band-pass filter. To avoid this zero point drift, It is desirable that the bandpass filter has a narrow bandwidth and the center frequency is as high as possible. Therefore, it is preferable to set the rotation speed of the gyro unit 1 as high as possible. However, when the rotation speed of the gyro unit 1 is increased, the influence due to the shaft deviation becomes remarkable.

更に、ジャイロ部1の回転を軸ぶれのない状態で理想
的に行なわせることができたとしても、回転軸2とジャ
イロ部1の真のジャイロ面3との間に傾きがある場合に
は、回転軸2が鉛直軸方向にあるものとして、赤道以外
の場所で方位を測定するときに、正弦波形の正負の振幅
値が異なり、得られたジャイロ出力は回転軸2とジャイ
ロ部1の真のジャイロ面3との間の傾きによる影響も受
けるという問題点がある。
Further, even if the rotation of the gyro unit 1 can be ideally performed in a state where there is no shaft deviation, if there is an inclination between the rotation shaft 2 and the true gyro surface 3 of the gyro unit 1, When the azimuth is measured at a place other than the equator assuming that the rotating shaft 2 is in the vertical axis direction, the positive and negative amplitude values of the sine waveform are different, and the obtained gyro output is the true value of the rotating shaft 2 and the true gyro unit 1. There is a problem that it is also affected by the inclination with respect to the gyroscopic surface 3.

これらの誤差要因を軽減するためには、高度な製作技
術を駆使しなければならないが、そのように高度な製作
技術を駆使したとしてもこれらの誤差要因を完全に取り
除くことは困難である。
In order to reduce these error factors, it is necessary to use advanced manufacturing techniques. However, even if such advanced manufacturing techniques are used, it is difficult to completely eliminate these error factors.

加えて、光学式方位測定装置では、センシング軸Kの
自転軸Jに対する角度αが大きくなると、すなわち、高
緯度で方位を測定するものとすると、ジャイロ出力の振
幅値が非常に小さくなり、方位測定がほとんど困難とな
る。
In addition, in the optical azimuth measuring device, when the angle α of the sensing axis K with respect to the rotation axis J increases, that is, when the azimuth is measured at a high latitude, the amplitude value of the gyro output becomes very small, and the azimuth measurement is performed. Almost difficult.

(発明の目的) 本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、従来
の光学式方位測定装置が有する上記各種の欠点を解消す
ることのできる光学式方位測定装置による方位測定方法
及びその方位測定方法に用いる装置を提供することにあ
る。
(Objects of the Invention) The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an azimuth measuring method using an optical azimuth measuring device capable of solving the above-described various disadvantages of a conventional optical azimuth measuring device. An object of the present invention is to provide an apparatus used for the azimuth measuring method.

発明の構成 (問題点を解決するための手段) 本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定方法
の特徴は、光学式方位測定装置のジャイロ部が感じる地
球の自転の回転角速度が略ゼロとなるようにジャイロ面
を向けて静止させ、この静止位置でのジャイロ出力と基
準位置に対する静止位置との関係を求め、次に、前記ジ
ャイロ部をその静止位置から180°回転させて静止さ
せ、前記ジャイロ部の180°回転停止位置とこの180°回
転停止位置でのジャイロ出力との関係を求め、この操作
を多数回繰り返し、このようにして得られた関係量を多
数個求めて直線近似し、この直線のジャイロ部の出力が
ゼロとなる回転角により方位を求めることを特徴とする
ところにある。
Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) The feature of the azimuth measuring method by the optical azimuth measuring device according to the present invention is that the rotation angular velocity of the earth rotation sensed by the gyro part of the optical azimuth measuring device is substantially zero. The gyro surface is oriented so as to be stationary, the relationship between the gyro output at this stationary position and the stationary position with respect to the reference position is determined, and then the gyro unit is rotated by 180 ° from the stationary position and stationary, and the The relationship between the 180 ° rotation stop position of the gyro part and the gyro output at this 180 ° rotation stop position is obtained, this operation is repeated many times, and a linear approximation is made by obtaining many relation quantities obtained in this way, The azimuth is obtained from the rotation angle at which the output of the gyro part of this straight line becomes zero.

本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定方法
に用いる装置の特徴は、 ジャイロ部を回転させる回転軸と、該回転軸を含めてジ
ャイロ部を前記回転軸と直交する面内で回転させる回転
支軸と、前記回転支軸の所定回動位置で前記ジャイロ部
の回転軸と同軸となる回転軸とを備え、緯度が高くなる
ことに伴うジャイロ出力の低下を補正するために前記ジ
ャイロ部が感じる地球の自転の回転角速度が大きくなる
ようにジャイロ面を前記回転支軸の回りに回動させて方
位を測定するところにある。
The features of the device used in the azimuth measuring method by the optical azimuth measuring device according to the present invention are: a rotation axis for rotating the gyro part, and a rotation for rotating the gyro part including the rotation axis in a plane orthogonal to the rotation axis. A spindle and a rotation axis that is coaxial with the rotation axis of the gyro part at a predetermined rotation position of the rotation spindle, and the gyro part is used to correct a decrease in gyro output due to an increase in latitude. The gyroscopic surface is rotated around the rotation support shaft so as to measure the azimuth so that the sensed rotation angular velocity of the rotation of the earth increases.

(実施例) 以下に、本発明に係る光学式方位測定装置による方位
測定方法及びこの方位測定方法に用いる装置の実施例を
図面を参照しつつ説明する。
(Example) Hereinafter, an example of an azimuth measuring method using an optical azimuth measuring apparatus according to the present invention and an apparatus used in the azimuth measuring method will be described with reference to the drawings.

第2図は本発明に係る光学式方位測定装置による方位
測定方法及びこれに用いる装置の第1実施例を示すもの
で、10は定盤部、11はジャイロ部である。定盤部10には
モータ12が固定されている。モータ12は回転軸13を有す
る。ジャイロ部11は回転軸13に取付けられ、その回転軸
13を中心に回転される。モータ12の上部には回転軸13と
同心にエンコーダ板14が固定されている。ジャイロ部11
の下部にはエンコーダー読み取り部15が設けられてい
る。エンコーダー読み取り部15はたとえばジャイロ部11
の外形から判断したジャイロ面15の回転位置を読むもの
とする。ジャイロ部11にはセンシング軸Kが回転軸13と
直交するようにして光ループが形成されている。なお、
この実施例では、エンコーダ板14を固定し、エンコーダ
ー読み取り部15を回転させる構成となっているが、エン
コーダー読み取り部15を定盤部10に固定し、エンコーダ
板14をジャイロ部11に取付けて回転させる構成とするこ
ともできる。
FIG. 2 shows a first embodiment of an azimuth measuring method by an optical azimuth measuring apparatus according to the present invention and an apparatus used for the azimuth measuring method, wherein 10 is a surface plate section and 11 is a gyro section. A motor 12 is fixed to the base plate 10. The motor 12 has a rotating shaft 13. The gyro part 11 is attached to the rotary shaft 13 and
Rotated around 13. Above the motor 12, an encoder plate 14 is fixed concentrically with the rotating shaft 13. Gyro part 11
An encoder reading unit 15 is provided below the. The encoder reading unit 15 is, for example, the gyro unit 11
It is assumed that the rotational position of the gyro surface 15 determined from the outer shape is read. An optical loop is formed in the gyro unit 11 so that the sensing axis K is orthogonal to the rotation axis 13. In addition,
In this embodiment, the encoder plate 14 is fixed and the encoder reading unit 15 is rotated.However, the encoder reading unit 15 is fixed to the surface plate unit 10, and the encoder plate 14 is attached to the gyro unit 11 for rotation. It is also possible to adopt a configuration in which it is performed.

モータ12の回転軸13が鉛直軸方向となるようにセット
してモータ12を回転させると、ジャイロ面17の向きの変
化によってジャイロ出力としての正弦波形が得られる。
そこで、まず、ジャイロ部11をゆっくり連続的に一回転
させる。このときのジャイロ部11のジャイロ出力とエン
コーダー読み取り部15の出力とを信号処理回路(図示を
略す)に送る。ジャイロ部11を連続的に一回転させる
と、正弦波形に基づき大まかに東西南北の方位を決定す
ることができる。また、ジャイロ部11を連続的に一回転
させなくとも、90°ずつ4箇所でジャイロ部11の回転を
止めて測定を行なうと、その90°毎の各回転静止位置に
おけるジャイロ出力が得られ、この方位測定方法によっ
ても大まかに東西南北の方位を決定することができる。
光学式ジャイロスコープには、その分解能が0.01°/hの
高精度のものがあるが、たとえば、分解能0.1°/hのも
のを使用しても、赤道上では約23′の精度で方位を大ま
かに決めることができる。なお、ここで、記号hは時間
を示している。
When the rotating shaft 13 of the motor 12 is set to be in the vertical axis direction and the motor 12 is rotated, a sine waveform as a gyro output is obtained by a change in the direction of the gyro surface 17.
Therefore, first, the gyro unit 11 is slowly and continuously rotated once. The gyro output of the gyro unit 11 and the output of the encoder reading unit 15 at this time are sent to a signal processing circuit (not shown). When the gyro unit 11 is continuously rotated once, it is possible to roughly determine the east, west, north and south directions based on the sine waveform. Also, even if the gyro unit 11 is not continuously rotated once, if the measurement is performed by stopping the rotation of the gyro unit 11 at four points of 90 °, the gyro output at each rotation stationary position for each 90 ° is obtained. With this azimuth measuring method, the east-west north-south azimuth can be roughly determined.
Some optical gyroscopes have a high resolution of 0.01 ° / h.For example, even if a gyroscope with a resolution of 0.1 ° / h is used, the azimuth can be roughly estimated on the equator with an accuracy of about 23 ′. Can be decided. Here, the symbol h indicates time.

次に、ジャイロ部11のセンシング軸Kが大まかに求め
た東西方向にくるようにしてジャイロ部11を固定する。
ここで、ジャイロ面17を東西方向に向かせるようにした
のは、正弦波曲線の変化率が最も大きい箇所がゼロ点近
傍であり、角度のずれに対するジャイロ出力の変化が大
きいからである。その東西方向にセンシング軸Kを向け
ると、ジャイロ部11が感じる地球Eの自転の回転角速度
ΩEはほぼゼロである。このとき、ジャイロ部11は第1
図(a)に近い状態で静止されている。この状態で、エ
ンコーダ板14の目盛とジャイロ部11からのジャイロ出力
とを読む。ジャイロ部11のジャイロ出力の値としては、
所定の時間で平均したものを用いる。
Next, the gyro 11 is fixed so that the sensing axis K of the gyro 11 is roughly in the east-west direction.
Here, the gyro surface 17 is oriented in the east-west direction because the point where the rate of change of the sine wave curve is the largest is near the zero point, and the change in the gyro output with respect to the angle shift is large. When the sensing axis K is oriented in the east-west direction, the rotational angular velocity Ω E of the rotation of the earth E sensed by the gyro unit 11 is almost zero. At this time, the gyro unit 11
It is stationary in a state close to that shown in FIG. In this state, the scale of the encoder plate 14 and the gyro output from the gyro unit 11 are read. As the value of the gyro output of the gyro unit 11,
The average over a predetermined time is used.

次に、ジャイロ部11をモータ12によりその静止位置か
ら回転角度にして180°だけす早く回転させる。なお、
その回転角度の精度は後述する精度内であれば180°で
なくとも良い。このジャイロ部11の回転中、ジャイロ部
11からのジャイロ出力による測定を中断する。そして、
そのジャイロ部11の180度回転静止位置でエンコーダ板1
4の目盛とジャイロ部11からのジャイロ出力とを読む。
ジャイロ部11のジャイロ出力の値としては、180°前の
回転静止位置での時間と同じ時間で平均したものを用い
る。
Next, the gyro unit 11 is quickly rotated by 180 ° from the rest position by the motor 12 as a rotation angle. In addition,
The accuracy of the rotation angle may not be 180 ° as long as it is within the accuracy described later. During the rotation of the gyro unit 11, the gyro unit
Gyro output from 11 is interrupted. And
At the 180-degree rotation stationary position of the gyro unit 11, the encoder plate 1
Read the scale of 4 and the gyro output from the gyro unit 11.
As the value of the gyro output of the gyro unit 11, the value obtained by averaging the value at the same time as the time at the rotation stationary position 180 ° before is used.

詳細には、まず、第3図に示すように、ジャイロ部11
のジャイロ出力が略ゼロになる回転静止位置でのエンコ
ーダー板14の出力をx、ジャイロ部11のジャイロ出力の
平均値をyとする。ただし、出力xは基準線Aからのカ
ウント値とする。基準線Aは例えばエンコーダ板14の出
力がゼロのところと考えればよい。次に、ジャイロ部11
を矢印M方向に180°回転させて停止させた回転静止位
置でのエンコーダー板14の出力をx′、ジャイロ部11の
ジャイロ出力の平均値をy′とする。このジャイロ部11
のジャイロ出力y、y′の差Y=y′−y、エンコーダ
ー板14の出力x、x′の平均X=(x+x′)/2を信号
処理回路により計算する。
Specifically, first, as shown in FIG. 3, the gyro unit 11
The output of the encoder plate 14 at the rotation stationary position where the gyro output becomes substantially zero is x, and the average value of the gyro outputs of the gyro unit 11 is y. Here, the output x is a count value from the reference line A. The reference line A may be considered as, for example, a position where the output of the encoder plate 14 is zero. Next, the gyro unit 11
Is rotated by 180 ° in the direction of arrow M, and the output of the encoder plate 14 at the rotation rest position where the rotation is stopped is x ′, and the average value of the gyro output of the gyro unit 11 is y ′. This gyro part 11
The difference Y = y'-y between the gyro outputs y and y ', and the average X = (x + x') / 2 of the outputs x and x 'of the encoder plate 14 are calculated by the signal processing circuit.

この平均値X、差Yの意味を第4図、第5図を参照し
つつ説明する。その第4図は理想正弦波を示しており、
横軸はエンコーダー板14の読み取り値、縦軸はジャイロ
部11のジャイロ出力と考えることができ、またθはジャ
イロ部11の出力がゼロとなるエンコーダー板14の読み取
り値を示している。第4図において、前述の方法でジャ
イロ部11の出力が略ゼロとなるように、ジャイロ部11を
静止させた位置が□印のところとする。ここでのエンー
コーダ板14の出力がx、ジャイロの出力がyである。さ
らに、略180°回転静止させた位置での出力がそれぞれ
x′、y′である。ここで、前述の計算を行なうと、X
の値がθ+90°のとき、Yの値はゼロであり(第4図の
黒丸印参照)、またXの値がθ+90°でないとき、たと
えば、X>θ+90°のとき、Y<0(第4図の白丸印参
照)、X<θ+90°のとき、Y>0である(第4図の白
三角印参照)。実測したX、Yの値を第5図に示すよう
にグラフとしてプロットする。次のX、Yの値を得るに
は、ジャイロ部11を再び略180°回転静止させた位置で
の出力x、yを古いデータと入れ替え、前述の計算を行
なってもよい。この測定を繰り返し行なうと、数多くの
データXi,Yiが得られる。これらのデータXi,Yiは略直
線上にプロットされるはずである。したがって、これら
のデータXi,Yiに基づき最小自乗法を用いて直線近似
し、その最小自乗法により得られた直線TとX座標との
交点Zを求めれば、真のθ+90°の位置、つまり、この
例では、基準線Aを基準にした正確な東又は西の方位を
決定できる。この東又は西の方位の何れであるかは、大
まかに得られた方位により、あるいは、その得られた直
線の傾きにより判断することができる。
The meanings of the average value X and the difference Y will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows an ideal sine wave,
The horizontal axis can be considered to be the read value of the encoder plate 14, the vertical axis can be considered to be the gyro output of the gyro unit 11, and θ represents the read value of the encoder plate 14 when the output of the gyro unit 11 becomes zero. In FIG. 4, the position at which the gyro unit 11 is stopped is indicated by a square so that the output of the gyro unit 11 becomes substantially zero by the above-described method. Here, the output of the encoder board 14 is x, and the output of the gyro is y. Further, the outputs at the positions where the rotation is stationary by approximately 180 ° are x 'and y', respectively. Here, when the above calculation is performed, X
Is θ + 90 °, the value of Y is zero (see black circles in FIG. 4), and when the value of X is not θ + 90 °, for example, when X> θ + 90 °, Y <0 (4th When X <θ + 90 °, Y> 0 (see white triangle in FIG. 4). The measured X and Y values are plotted as a graph as shown in FIG. In order to obtain the next values of X and Y, the above-described calculation may be performed by replacing the outputs x and y at the position where the gyro unit 11 is again stopped by about 180 ° with old data. When repeating this measurement a number of data X i, Y i is obtained. These data X i and Y i should be plotted on a substantially straight line. Therefore, a straight line approximation using the least squares method based on these data X i and Y i , and an intersection Z between the straight line T obtained by the least squares method and the X coordinate is obtained. That is, in this example, an accurate east or west bearing based on the reference line A can be determined. Whether the direction is east or west can be determined from the direction obtained roughly or from the inclination of the obtained straight line.

ところで、正弦波形のゼロ点における接線を引いたと
き、ゼロ点から1°ずれた場所での正弦波形からの誤差
は、0.005%にすぎない。ゼロ点から2°ずれたとして
も0.02%程度である。よって、大まかに測定した方位の
測定精度を考慮して、この回転精度は、180°±1°の
範囲で行なえば十分である。
By the way, when a tangent at the zero point of the sine waveform is drawn, the error from the sine waveform at a position shifted by 1 ° from the zero point is only 0.005%. Even if it is shifted by 2 ° from the zero point, it is about 0.02%. Therefore, in consideration of the measurement accuracy of the roughly measured azimuth, it is sufficient to perform the rotation accuracy in the range of 180 ° ± 1 °.

この回転は、エンコーダ板14の目盛を基準にして行な
えば、容易にその範囲内にジャイロ部11を停止させるこ
とができる。大まかな方位の目盛を中心にたとえば180
°±1°の範囲内にジャイロ部11が静止するようにエン
コーダ板14の目盛を読みながら素早く回転させれば良
い。従って、エンコーダ板14の目盛を基準に回転させ、
ある範囲内の場所にジャイロ部11を静止させることによ
り、正弦波の直線付近から大きくはずれた部分のデータ
を使用しないですむ。もしも、180°の回転が理想的に
行われるとすれば、常に同じエンコーダ板14の出力箇所
での測定となり、最終的な方位測定を行なうことが不可
能となるが、この場合は180度の値を強制的に変化させ
ることにより行なう。
If this rotation is performed with reference to the scale of the encoder plate 14, the gyro unit 11 can be easily stopped within the range. 180 around the scale of the rough direction
What is necessary is just to rotate quickly while reading the scale of the encoder plate 14 so that the gyro unit 11 is stationary within the range of ° ± 1 °. Therefore, by rotating the scale of the encoder plate 14 as a reference,
By stopping the gyro unit 11 at a location within a certain range, it is not necessary to use the data of a portion largely deviating from the vicinity of the sine wave straight line. If the rotation of 180 ° is ideally performed, the measurement will always be made at the same output point of the encoder plate 14, and it will be impossible to make the final azimuth measurement, but in this case 180 ° This is done by forcibly changing the value.

この方位測定方法並びに信号処理方法によれば、ジャ
イロ部11のジャイロ出力のゼロ点ドリフトの影響をほと
んど受けない。というのは、ゼロ点ドリフトは正弦波形
を上下方向にドリフトさせるものであるが、第1回目の
測定から第n回目の測定までジャイロ部11のジャイロ出
力が一定方向にトラフトしてその量が大きくなったとし
ても、Yの値は差を求めているので、基本的にドリフト
の影響はない。但し、1回の測定中におこるドリフトは
誤差としてあらわれる。しかし、これは、1回の測定時
間、つまり、ジャイロ部11の静止から静止までのジャイ
ロ部11の回転に必要とする時間とジャイロ出力を平均す
るのに要する時間とをできる限り短かくすることによ
り、この1回の測定によって生ずるドリフト誤差を回避
できる。
According to the azimuth measuring method and the signal processing method, the gyro unit 11 is hardly affected by the zero point drift of the gyro output. This is because the zero-point drift causes the sine waveform to drift in the vertical direction, but the gyro output of the gyro unit 11 is trapped in a certain direction from the first measurement to the n-th measurement, and the amount is large. Even if this happens, there is basically no influence of drift because the value of Y is the difference. However, a drift that occurs during one measurement appears as an error. However, this minimizes the time required for one measurement, that is, the time required for rotating the gyro unit 11 from standstill to the standstill and the time required for averaging the gyro output. Thus, the drift error caused by this one measurement can be avoided.

ここで、回転軸13が鉛直軸方向にあり、ジャイロ部11
の真のジャイロ面17が回転軸13に対して第6図に示すよ
うに傾いているとする。この場合には、ジャイロ部11を
回転させることによって得られるジャイロ出力は、単純
な正弦波形であるとみなすことができない。赤道上での
測定であれば、ゼロ点を中心に正負の対称な波形とな
り、問題は生じない。しかし、赤道上での測定でないと
きには、ジャイロ部11のジャイロ出力の振幅が正の場合
と負の場合とで異なり、赤道から離れるに従って、すな
わち、緯度が高くなるに伴ってその割合が大きくなる。
また、第6図に示す状態からジャイロ部11を90°回転さ
せたときは、真のジャイロ面17と地球Eの自転軸Jとが
垂直になり、ジャイロ部11の感じる回転はゼロである。
この状態でジャイロ部11を連続回転させた時のジャイロ
部11が感じる回転のうち地球Eの自転成分のみの回転角
速度成分は、以下の式によって与えられる。
Here, the rotating shaft 13 is in the vertical axis direction, and the gyro unit 11
It is assumed that the true gyro surface 17 is inclined with respect to the rotating shaft 13 as shown in FIG. In this case, the gyro output obtained by rotating the gyro unit 11 cannot be regarded as a simple sine waveform. In the case of measurement on the equator, a positive / negative symmetrical waveform is formed around the zero point, and no problem occurs. However, when the measurement is not performed on the equator, the amplitude of the gyro output of the gyro unit 11 differs depending on whether the amplitude is positive or negative, and the ratio increases as the distance from the equator increases, that is, as the latitude increases.
Further, when the gyro unit 11 is rotated 90 ° from the state shown in FIG. 6, the true gyro surface 17 and the rotation axis J of the earth E are vertical, and the rotation felt by the gyro unit 11 is zero.
In the rotation sensed by the gyro unit 11 when the gyro unit 11 is continuously rotated in this state, the rotational angular velocity component of only the rotation component of the earth E is given by the following formula.

Ω=ΩE・(sin β)・cos(α+δ・sin β) ここで、βは回転角であり、β=0において、ジャイロ
部11が感じる自転成分はゼロとなるものとする。この波
形は、そのゼロ付近では、δ=0のときからのジャイロ
出力変化の割合は、ごく微小であり、その振幅の最も大
きくなるところで、その変化の割合が最大になるという
変則的な波形になる。
Ω = Ω E · (sin β) · cos (α + δ · sin β) where β is the rotation angle, and when β = 0, the rotation component sensed by the gyro unit 11 is zero. This waveform has an irregular waveform in which the rate of change of the gyro output from the time of δ = 0 near the zero is negligible, and the rate of change becomes maximum where the amplitude becomes maximum. Become.

よって、従来のジャイロ部11を連続回転させて方位測
定を行なう方法では、真のジャイロ面17と回転軸13との
間に傾きδがあってはならないことになる。
Therefore, in the conventional method of performing the azimuth measurement by continuously rotating the gyro unit 11, there must be no inclination δ between the true gyro surface 17 and the rotation axis 13.

ところが、本発明に係る方位測定方法では、ジャイロ
部11が感じる回転がゼロ付近の部分しか、使用しないで
この問題がほとんど回避される。従って、ジャイロ部11
の取付けに特別の精度を必要とせず、かつ、傾きを補正
する機構も必要としない。
However, in the azimuth measuring method according to the present invention, this problem is almost avoided by using only the portion where the rotation felt by the gyro unit 11 is near zero. Therefore, the gyro unit 11
No special precision is required for the mounting, and no mechanism for correcting the inclination is required.

以上説明したように、ジャイロ部11をまず1回転させ
るか、1回転のうち数箇所でジャイロ部11を静止させて
ジャイロ部11のジャイロ出力とエンコーダー板14の出力
とを測定することにより大まかな方位を決定し、次に、
ジャイロ部11のセンシング軸Kが大まかに東西方向に向
くように静止させ、この静止位置とこの静止位置から18
0°回転させた回転静止位置とでのジャイロ部11のジャ
イロ出力とエンコーダ板14の出力とを測定し、この測定
を繰り返し行なうことによって、従来の光学式方位測定
装置が内包する回転系に基づく問題点を回避できる。
As described above, the gyro unit 11 is first rotated once, or the gyro unit 11 is stopped at several points during one rotation, and the gyro output of the gyro unit 11 and the output of the encoder plate 14 are measured. Determine the bearing, then
The gyro unit 11 is stopped so that the sensing axis K is roughly directed in the east-west direction.
The gyro output of the gyro unit 11 and the output of the encoder plate 14 at the rotation stationary position rotated by 0 ° are measured, and by repeating this measurement, it is based on the rotation system included in the conventional optical azimuth measuring device. Problems can be avoided.

また、前述した信号処理方法によればゼロ点ドリフト
の影響もほとんどない。さらに、ジャイロ部11の取付け
においても特別の精度を必要としない。
Further, according to the signal processing method described above, there is almost no influence of the zero point drift. Further, no special precision is required for mounting the gyro unit 11.

例えば、分解能0.1°/hの光学式ジャイロスコープを
使用して赤道上で10分間のデータ測定を行なうと、約±
30″の精度で方位を決定でき、得られる精度は測定時間
とジャイロ部11の分解能に係ってくる。
For example, when measuring data on the equator for 10 minutes using an optical gyroscope with a resolution of 0.1 ° / h, it is about ±
The azimuth can be determined with an accuracy of 30 ″, and the obtained accuracy depends on the measurement time and the resolution of the gyro unit 11.

なお、この実施例では、エンコーダ板14の出力はジャ
イロ部11の外形から判断したジャイロ面17の位置を読ん
でいる。したがって、真のジャイロ面17の位置を読んで
いるとはいえない。そこで、この誤差を除去するため
に、光学式方位測定装置をその定盤部10が下にある正規
の状態で方位を測定した測定値と光学式方位測定装置を
その定盤部10が上にありジャイロ部11が下にある逆様の
状態で方位を測定した測定値との平均をとることにより
この誤差を除去する。この真のジャイロ面17との差に基
づく誤差は、方向、大きさ共に一定であるので、信号処
理回路にその誤差分を記憶させておけば、補正でき、以
後の方位測定では考慮しなくともよい。
In this embodiment, the output of the encoder plate 14 reads the position of the gyro surface 17 determined from the outer shape of the gyro unit 11. Therefore, it cannot be said that the true position of the gyro surface 17 is read. Therefore, in order to eliminate this error, the optical azimuth measuring device is measured with the measured value obtained by measuring the azimuth in the normal state where the surface plate 10 is below, and the optical azimuth measuring device is moved with the surface plate 10 upward. This error is removed by taking the average of the azimuth part 11 and the measured value obtained by measuring the azimuth in the upside down state. Since the error based on the difference from the true gyro surface 17 is constant in both direction and magnitude, if the error is stored in the signal processing circuit, it can be corrected, and even if it is not considered in the subsequent azimuth measurement. Good.

以上の方位測定方法は、赤道上、すなわち、α=0の
地点で、地球自転の成分が最も大きくなるため感度が最
も良好である。そして、赤道から離れるに伴ってジャイ
ロ部11が感じる地球の回転角速度成分はΩE cos αとな
り、高緯度では感度が悪くなる。たとえば、α=45°で
は赤道上と同じ精度を得るには2倍の測定時間が必要で
ある。
The above azimuth measuring method has the highest sensitivity because the component of the earth's rotation is largest on the equator, that is, at the point of α = 0. Then, the rotational angular velocity component of the earth that the gyro part 11 feels as it moves away from the equator becomes Ω E cos α, and the sensitivity becomes poor at high latitudes. For example, at α = 45 °, twice the measurement time is required to obtain the same accuracy as on the equator.

次に、本発明に係る光学式方位測定装置による方位測
定方法及びこれに用いる装置の第2実施例を説明する。
Next, a description will be given of a second embodiment of the azimuth measuring method using the optical azimuth measuring apparatus according to the present invention and an apparatus used for the azimuth measuring method.

第7図に示すように、緯度αに等しい角度だけジャイ
ロ部11のジャイロ面17を傾ける。すると、地球Eの自転
の成分を感じる割合が最大となる。よって、常に赤道上
での測定と同様になり、ジャイロ部11の取付け精度を更
に軽減することができることになる。
As shown in FIG. 7, the gyro surface 17 of the gyro unit 11 is inclined by an angle equal to the latitude α. Then, the rate of sensing the component of the rotation of the earth E becomes the maximum. Therefore, the measurement is always the same as on the equator, and the mounting accuracy of the gyro portion 11 can be further reduced.

そこで、第8図に示すように、光学式方位測定装置を
構成するものとする。その第8図において、18は筐体で
ある。この筐体18には回転支軸19、19が設けられてい
る。この回転支軸19の軸心はエンコーダ板14の回転面内
にあり、その軸心は回転軸13の軸心と直交している。そ
の回転支軸19、19は筐体20に回転可能に取付けられてい
る。筐体20にはその側壁にモータ21が固定されている。
モータ21の回転軸22には図示を略すギヤが設けられ、そ
のギヤは回転軸19に取付けられたギヤ23に噛合されてい
る。
Therefore, as shown in FIG. 8, an optical azimuth measuring device is configured. In FIG. 8, reference numeral 18 denotes a housing. The housing 18 is provided with rotation support shafts 19, 19. The axis of the rotation support shaft 19 is in the rotation plane of the encoder plate 14, and the axis is orthogonal to the axis of the rotation shaft 13. The rotating shafts 19 are rotatably attached to the housing 20. The motor 21 is fixed to the side wall of the housing 20.
A gear (not shown) is provided on a rotating shaft 22 of the motor 21, and the gear is meshed with a gear 23 attached to the rotating shaft 19.

筐体18はそのモータ21、ギヤ23により回転支軸19、19
を中心に回転される。ギヤ23が取付けられていない側の
回転支軸19にはエンコーダ24が取付けられる。筐体20は
回転テーブル30上に設置されている。その回転テーブル
30は回転軸31を有し、回転軸31は鉛直軸方向を向いてい
る。回転軸31と回転軸13とは、モータ21により筐体18を
ある角度回転させると一致するように設計されている。
The housing 18 is rotated by the motor 21 and the gear 23 of the rotation support shafts 19, 19.
Is rotated around. An encoder 24 is mounted on the rotation support shaft 19 on which the gear 23 is not mounted. The housing 20 is installed on the turntable 30. That rotary table
30 has a rotating shaft 31, and the rotating shaft 31 is oriented in a vertical axis direction. The rotary shaft 31 and the rotary shaft 13 are designed to coincide with each other when the housing 18 is rotated by a certain angle by the motor 21.

回転テーブル30はモータ32により回転されるもので、
33はそのモータ32と回転テーブル30との回転伝達機構と
してのギヤ列を示している。回転テーブル30の回転軸31
にはエンコーダ板34が取付けられ、エンコーダ板34の中
心は回転軸31に一致する。回転テーブル30の上部にはそ
のエンコーダ板34と同心にエンコーダ読み取り部35が設
けられている。これらの回転テーブル30、モータ32、ギ
ヤ列33は定盤36に設置されている。この定盤36は、たと
えば、トランシットに据付られる。
The rotary table 30 is rotated by a motor 32,
Reference numeral 33 denotes a gear train as a rotation transmission mechanism between the motor 32 and the rotary table 30. Rotary axis 31 of rotary table 30
, An encoder plate 34 is attached, and the center of the encoder plate 34 coincides with the rotation shaft 31. At the upper part of the turntable 30, an encoder reading unit 35 is provided concentrically with the encoder plate 34. The rotary table 30, the motor 32, and the gear train 33 are installed on a surface plate. The stool 36 is installed in, for example, a transit.

次に、この実施例に係る方位測定方法を説明する。 Next, an azimuth measuring method according to this embodiment will be described.

まず、最初に、エンコーダ板14の目盛とエンコーダ板
34の目盛との相関をとる。説明の便宜上、測定初期の状
態では、エンコーダ板14の目盛とエンコーダ板34の目盛
とが同じ方向を向くように設定されているとする。ま
た、回転軸13と回転軸31とは鉛直軸方向を向いているも
のとする。なお、エンコーダ読み取り部35は回転軸31の
回転位置、すなわち、回転支軸19、19の回転軸31回りの
回転位置を読むものとする。
First, the scale of the encoder plate 14 and the encoder plate
Correlate with 34 scales. For convenience of explanation, it is assumed that the scale of the encoder plate 14 and the scale of the encoder plate 34 are set in the same direction in the initial state of the measurement. Further, it is assumed that the rotating shaft 13 and the rotating shaft 31 are oriented in the vertical axis direction. The encoder reading unit 35 reads the rotation position of the rotation shaft 31, that is, the rotation position of the rotation support shafts 19, 19 around the rotation shaft 31.

そして、第1実施例に示す方位測定手順により大まか
な方位を測定し、ジャイロ面17が大まかに東西方向にく
るようにセットする(第7図(a)の状態を参照。)こ
のセットは、モータ32を用いて行なうこともできるが、
ここでは、モータ12を使用してセットするものとする。
このときのエンコーダ板14の目盛を読み、回転支軸19、
19が東西方向にくるようにモータ32を駆動して回転テー
ブル30を回転させる。すると、ジャイロ面17は回転テー
ブル30を回転させた分だけ最初に大まかにセットされた
東西方向からずれる。そこで、回転テーブル30を回転さ
せた分だけ逆方向にモータ12を回転させるとジャイロ面
17が大まかに東西方向にくることになる。
Then, the rough azimuth is measured by the azimuth measuring procedure shown in the first embodiment, and the gyro surface 17 is set roughly in the east-west direction (see the state of FIG. 7 (a)). Although it can be performed using the motor 32,
Here, it is assumed that the motor 12 is used for setting.
At this time, the scale of the encoder plate 14 was read, and the rotation support shaft 19,
The motor 32 is driven to rotate the turntable 30 so that 19 is in the east-west direction. Then, the gyro surface 17 is shifted from the initially set east-west direction roughly by the amount of rotation of the turntable 30. Therefore, when the motor 12 is rotated in the opposite direction by the amount of rotation of the rotary table 30, the gyro surface
17 will be roughly east-west.

モータ12により大まかにジャイロ部11のジャイロ面17
を東西方向にセットするに際し、ジャイロ部11の回転角
速度に対するジャイロ出力の大きさは既に知られている
ので、正弦波形の振幅により測定地点の緯度αを大まか
に決めることができる。信号処理回路には、この緯度α
を大まかに求める機能が付加されている。
The gyro surface 17 of the gyro unit 11 is roughly determined by the motor 12.
Since the magnitude of the gyro output with respect to the rotational angular velocity of the gyro unit 11 is already known when setting the distance in the east-west direction, the latitude α of the measurement point can be roughly determined by the amplitude of the sine waveform. In the signal processing circuit, this latitude α
A function that roughly asks for is added.

この緯度αは、以下のようにして求めることができ
る。
This latitude α can be obtained as follows.

地球Eの自転の角速度ΩEに対するジャイロ出力V
(ΩE)と、実際に得られた正弦波形の振幅をVとすれ
ば、 V=V(ΩE)・cos α よって、α=cos-1(V/V(ΩE)) 次に、このようにして求められた緯度αに基づき、モ
ータ21を駆動してジャイロ部11を第7図(a)に示す状
態から回転支軸19、19を中心に緯度αに相当する角度だ
け回動させ、そのジャイロ部11のジャイロ面17を第7図
(b)に示す状態にセットする。なお、そのジャイロ部
11を回転支軸19、19を中心に回動させる方向は、大まか
な方位を決めた際にすでに知られている。あるいは、ジ
ャイロ出力の増減をみればわかる。その方向は南半球と
北半球とで異なる。
Gyro output V with respect to the angular velocity Ω E of rotation of the earth E
E ) and the amplitude of the sine waveform actually obtained is V, V = V (Ω E ) · cos α Therefore, α = cos −1 (V / V (Ω E )) Based on the latitude α thus obtained, the motor 21 is driven to rotate the gyro unit 11 from the state shown in FIG. 7 (a) about the rotation support shafts 19 and 19 by an angle corresponding to the latitude α. Then, the gyro surface 17 of the gyro unit 11 is set to the state shown in FIG. 7 (b). The gyro part
The direction in which 11 is rotated about the rotation shafts 19, 19 is already known when a rough direction is determined. Alternatively, it can be understood from the increase and decrease of the gyro output. Its direction is different in the Southern and Northern Hemispheres.

ここで、緯度αのセッテイング誤差について考える。
モータ21によりジャイロ部11を回転支軸19、19を中心に
回動させた角度が、真の緯度αからΔαだけずれていた
とすると、ジャイロ出力としての仮想正弦波の振幅値が
若干小さくなる。しかし、真の緯度αから5°ずれてい
たとしても、ジャイロ部11が地球Eの自転の成分を感じ
る割合は、0.4%程小さくなるにすぎない。したがっ
て、エンコーダ24の精度を格別考慮する必要はない。た
とえば、モータ21にパルスモータを用いる場合には、エ
ンコーダ24そのものが不要となる。
Here, the setting error of the latitude α will be considered.
Assuming that the angle at which the gyro unit 11 is rotated about the rotation shafts 19 by the motor 21 is shifted from the true latitude α by Δα, the amplitude value of the virtual sine wave as the gyro output is slightly reduced. However, even if it deviates from the true latitude α by 5 °, the rate at which the gyro unit 11 feels the component of the rotation of the earth E becomes only about 0.4% smaller. Therefore, it is not necessary to particularly consider the accuracy of the encoder 24. For example, when a pulse motor is used as the motor 21, the encoder 24 itself becomes unnecessary.

ところで、測定地点が高緯度になるに伴って、前述し
たように正弦波形の振幅が小さくなる。従って、大まか
な方位を決定する精度も劣化する。モータ32はこの大ま
かな方位に基づき駆動されるものであるから、この大ま
かな方位の決定精度が劣化すると、その後の正確な方位
測定の際に支障が生じ、正弦波形の直線近似からはずれ
たデータを用いて測定することになる。そこで、正弦波
形の振幅値が一定以下の場合、すなわち、測定地点が高
緯度であり、回転軸13と回転軸31とは鉛直軸方向を向い
ている状態で、第1実施例に示す方位測定手順により大
まかな方位を測定し、ジャイロ面17を大まかに東西方向
に向くようにセットするのが困難である場合には、モー
タ21によりジャイロ部11を回転支軸19、19を中心に回動
させてジャイロ部11をあおり、地球Eの自転の成分を感
じる割合を大きくしてから、同様にモータ12、32を駆動
して大まかな東西方向を決めるようにする。
By the way, as the measurement point becomes higher in latitude, the amplitude of the sine waveform decreases as described above. Therefore, the accuracy of determining the rough orientation also deteriorates. Since the motor 32 is driven based on the rough azimuth, if the accuracy of the rough azimuth determination is deteriorated, a trouble occurs in the subsequent accurate azimuth measurement, and the data deviated from the linear approximation of the sine waveform. It will be measured using. Therefore, when the amplitude value of the sine waveform is equal to or less than a certain value, that is, when the measurement point is at a high latitude and the rotation axis 13 and the rotation axis 31 are oriented in the vertical axis direction, the azimuth measurement procedure shown in the first embodiment is performed. If it is difficult to set the gyro surface 17 roughly in the east-west direction, measure the rough azimuth, and rotate the gyro unit 11 about the rotating shafts 19, 19 with the motor 21. The gyro unit 11 is lifted to increase the rate of sensing the rotation component of the earth E, and then the motors 12 and 32 are similarly driven to roughly determine the east-west direction.

あるいは、大まかな方位の決定精度がある程度悪くな
った時、すなわち、正弦波形の振幅がある値より小さく
なったときは、一度前述した方法でセッティングした
後、再び同じ方法を用いて再セットすればよい。つま
り、大まかな方位の測定を2回行なえばこの問題は生じ
ない。
Alternatively, when the accuracy of determining the rough azimuth deteriorates to some extent, that is, when the amplitude of the sine waveform becomes smaller than a certain value, set it once with the method described above and then reset it using the same method again. Good. In other words, this problem does not occur if the rough azimuth measurement is performed twice.

なお、測定地点の緯度αがおおよそわかっている場合
には、外部入力装置を用いて緯度αのデータを入力し、
これによって、ジャイロ部11をあおらせることもでき
る。この場合には、エンコーダ24により回転支軸19、19
の回動位置を検出する。
When the latitude α of the measurement point is roughly known, the data of the latitude α is input using an external input device,
As a result, the gyro unit 11 can be raised. In this case, the rotary shafts 19, 19 are
Is detected.

以上の測定手順により、第7図(b)に示す状態にジ
ャイロ面17をセットし、次に、第1実施例の方位測定手
順と同一の手順により正確な方位を求める。
The gyro surface 17 is set in the state shown in FIG. 7 (b) by the above measurement procedure, and then an accurate azimuth is obtained by the same procedure as the azimuth measurement procedure of the first embodiment.

なお、エンコーダ板14とエンコーダ板34との間に相関
がとれている場合には、エンコーダ板34の目盛を用いて
方位を表示できる。
When a correlation is established between the encoder plate 14 and the encoder plate 34, the azimuth can be displayed using the scale of the encoder plate 34.

この第2実施例に係る光学式方位測定装置によれば、
以下に説明するように、緯度αを測定することもでき
る。エンコーダ24の精度としてエンコーダ板14、34と同
等の精度のものを用い、ジャイロ部11を第7図(b)に
示す状態に前述の方法でセットして、モータ21によりジ
ャイロ部11を回転軸19を中心に回転させると、ジャイロ
出力が正弦波形となる。そこで、この正弦波形と回転軸
19の回転量との関係に基づき前述と同じ測定方法で緯度
を測定できる。
According to the optical azimuth measuring apparatus according to the second embodiment,
As described below, the latitude α can be measured. The gyro 11 is set to the state shown in FIG. 7 (b) by the above-described method, and the gyro 11 is rotated by the motor 21. When rotated around 19, the gyro output has a sinusoidal waveform. Therefore, this sine waveform and the rotation axis
The latitude can be measured by the same measurement method as described above based on the relationship with the amount of rotation of 19.

発明の効果 本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定方法
によれば、ジャイロ部を連続回転させなくとも方位を測
定できるので、ジャイロ部を連続回転させることに基づ
く誤差、すなわち、ジャイロ部の回転軸の軸ぶれ、回転
スピードの変動に基づく誤差を除去できる。また、ジャ
イロ出力のゼロ点ドリフトによる誤差の除去、ジャイロ
部の回転軸と真のジャイロ面との傾きに基づく誤差も除
去できる。
According to the azimuth measuring method using the optical azimuth measuring device according to the present invention, since the azimuth can be measured without continuously rotating the gyro, an error based on continuously rotating the gyro, that is, the error of the gyro, It is possible to remove errors caused by fluctuations in the rotation axis and rotation speed of the rotation axis. In addition, it is possible to remove an error due to a zero point drift of the gyro output and an error based on the inclination between the rotation axis of the gyro unit and the true gyro surface.

よって、本発明に係る光学式方位測定装置による方位
測定方法によれば、光学式方位測定装置に要求される高
度な製作技術を緩和できる効果がある。
Therefore, according to the azimuth measuring method using the optical azimuth measuring device according to the present invention, there is an effect that the advanced manufacturing technology required for the optical azimuth measuring device can be relaxed.

また、本発明に係る光学式方位測定装置による方位測
定方法に用いる装置によれば、測定地点の緯度にかかわ
らず正確に方位を測定できる。更に、緯度測定機能を付
加することもできる。
Further, according to the device used in the azimuth measuring method by the optical azimuth measuring device according to the present invention, the azimuth can be accurately measured regardless of the latitude of the measurement point. Further, a latitude measuring function can be added.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)、第1図(b)は本発明の第1実施例に係
る光学式方位測定装置の測定原理を説明するための模式
図、第1図(c)はそのジャイロ出力の説明図、第2図
は本発明に係る光学式方位測定装置の概略構成を示す
図、第3図は本発明に係る光学式方位測定装置による方
位測定方法を説明するための模式図、第4図は第3図に
示すジャイロ部11を回転させることによって得られるジ
ャイロ出力とエンコーダ出力との関係を示す正弦曲線
図、第5図は信号処理回路により処理されたジャイロ出
力とエンコーダ出力との関係を示すグラフ、第6図は真
のジャイロ面とジャイロ部の回転軸との傾きがジャイロ
出力に与える影響を説明するための模式図、第7図
(a)、第7図(b)は本発明の第2実施例に係る光学
式方位測定装置の測定原理を説明するための模式図、第
8図はその第2実施例に係る光学式方位測定装置の概略
構成を示す図である。 11……ジャイロ部、12……モータ、13……回転軸 14……エンコーダ板、15……エンコーダ読み取り部 17……ジャイロ面、19……回転支軸 21……モータ、24……エンコーダ、30……回転テーブル 32……モータ、31……回転軸、34エンコーダ板 35……エンコーダ読み取り部 K……センシング軸 α……緯度
1 (a) and 1 (b) are schematic diagrams for explaining the measurement principle of the optical azimuth measuring device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (c) is a graph showing the gyro output. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an optical azimuth measuring device according to the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an azimuth measuring method by the optical azimuth measuring device according to the present invention. 5 is a sine curve diagram showing the relationship between the gyro output and the encoder output obtained by rotating the gyro unit 11 shown in FIG. 3, and FIG. 5 is the relationship between the gyro output and the encoder output processed by the signal processing circuit. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the influence of the inclination of the true gyro surface and the rotation axis of the gyro portion on the gyro output, and FIGS. 7 (a) and 7 (b) are the figures. Measurement principle of optical azimuth measuring device according to a second embodiment of the invention Schematically explaining to view, FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an optical azimuth measuring device according to the second embodiment. 11 ... Gyro part, 12 ... Motor, 13 ... Rotating axis 14 ... Encoder plate, 15 ... Encoder reading part 17 ... Gyro surface, 19 ... Rotating support shaft 21 ... Motor, 24 ... Encoder, 30 ... rotary table 32 ... motor, 31 ... rotary axis, 34 encoder plate 35 ... encoder reading section K ... sensing axis α ... latitude

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光学式方位測定装置のジャイロ部が感じる
地球の自転の回転角速度が略ゼロとなるようにジャイロ
面を向けて静止させ、この静止位置でのジャイロ出力と
基準位置に対する静止位置との関係を求め、次に、前記
ジャイロ部をその静止位置から180°回転させて静止さ
せ、前記ジャイロ部の180°回転静止位置とこの180°回
転静止位置でのジャイロ出力との関係を求め、この操作
を多数回繰り返し、このようにして得られた関係量を多
数個求めて直線近似し、この直線のジャイロ部の出力が
ゼロとなる回転角により方位を求めることを特徴とする
光学式方位測定装置による方位測定方法。
1. A gyro surface is made to stand still so that the rotational angular velocity of the earth's rotation sensed by the gyro unit of the optical azimuth measuring device becomes substantially zero, and a gyro output at this stationary position and a stationary position relative to a reference position are set. Next, the gyro unit is rotated by 180 ° from its stationary position to stand still, and the relationship between the 180 ° rotational stationary position of the gyro unit and the gyro output at this 180 ° rotational stationary position is determined. This operation is repeated many times, and a plurality of relational values obtained in this way are obtained to approximate a straight line, and the azimuth is obtained by the rotation angle at which the output of the gyro part of this straight line becomes zero. Direction measurement method using a measuring device.
【請求項2】ジャイロ部を回転させる回転軸と、該回転
軸を含めてジャイロ部を前記回転軸と直交する面内で回
転させる回転支軸と、前記回転支軸の所定回動位置で前
記ジャイロ部の回転軸と同軸となる回転軸とを備え、緯
度が高くなることに伴うジャイロ出力の低下を補正する
ために前記ジャイロ部が感じる地球の自転の回転角速度
が大きくなるようにジャイロ面を前記回転支軸の回りに
回動させて方位を測定することを特徴とする光学式方位
測定装置による方位測定方法に用いる装置。
A rotating shaft for rotating the gyro, a rotating shaft for rotating the gyro including the rotating shaft in a plane perpendicular to the rotating shaft, and a rotating shaft for rotating the gyro at a predetermined rotation position of the rotating shaft. The gyro unit has a rotation axis that is coaxial with the rotation axis of the gyro unit, and the gyro surface is adjusted so that the rotation angular velocity of the rotation of the earth felt by the gyro unit increases to correct a decrease in the gyro output due to an increase in latitude. An apparatus for use in an azimuth measuring method using an optical azimuth measuring apparatus, wherein the azimuth is measured by rotating the azimuth about the rotation support shaft.
【請求項3】前記回転支軸の回動量を検出して、緯度を
測定することを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載
の光学式方位測定装置による方位測定方法に用いる装
置。
3. An apparatus for use in an azimuth measuring method using an optical azimuth measuring apparatus according to claim 2, wherein the amount of rotation of the rotation support shaft is detected to measure the latitude.
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